EP2485857B1

EP2485857B1 - Umformmaschine zum schmieden, insbesondere streckschmieden, von werkstücken

Info

Publication number: EP2485857B1
Application number: EP10768893.9A
Authority: EP
Inventors: Ernst Schardt; Herbert Rüger; Franz Suttan
Original assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Current assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2030-10-05
Also published as: US20120266642A1; WO2011042408A1; JP5654604B2; DE102009048428A1; JP2013506561A; DE102009048428B4; EP2485857A1; US9457393B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Umformmaschine zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden, von Werkstücken.
Schmieden ist ein Warmumformen von metallischen schmiedbaren Werkstoffen, insbesondere metallischen Legierungen wie Stählen. Das Streckschmieden, auch als Reckschmieden oder kurz als Recken bezeichnet, ist ein zum Freiformschmieden zählendes Verfahren, bei dem in aufeinanderfolgenden Schmiedeschritten jeweils nur ein kleiner Teil des Werkstückvolumens zwischen zwei Reckwerkzeugen (oder: Recksätteln) umgeformt wird. Während des Streckschmiedens wird das Werkstück an einem Ende oder auch an beiden Enden üblicherweise von Greifzangen von Manipulatoren oder Robotern gehalten und in einer Reckrichtung zwischen den Reckwerkzeugen in einzelnen Schritten hindurchbewegt und dann in entgegen der Reckrichtung aufeinanderfolgenden Teilbereichen von den Reckwerkzeugen senkrecht zur Reckrichtung gestaucht. Der Werkstoff des Werkstücks fließt dabei parallel zur Reckrichtung, das Werkstück wird also im Querschnitt senkrecht zur Reckrichtung dünner und parallel zur Reckrichtung länger. Die Reckwerkzeuge haben in der Regel eher ballige oder konvex gekrümmte Oberflächen und werden auch als Streck- oder Recksättel bezeichnet, wobei der obere Sattel als Obersattel und der untere Sattel als Untersattel bezeichnet werden. Durch die aufeinanderfolgenden einzelnen Umformvorgänge oder "Bisse" bleibt eine die Form der Sättel abbildende wellige Struktur mit Rillen auf dem Werkstück zurück. Die Oberfläche des Werkstücks wird deshalb häufig in einem nachfolgenden Arbeitsgang geglättet mit Glättwerkzeugen, die in der Regel eine größere Abmessung aufweisen als die Reckwerkzeuge. Als Umformmaschinen beim Recken werden meist Schmiedepressen oder auch Schmiedehämmer verwendet, an denen dann die Reckwerkzeuge vorgesehen sind. Meist ist der Obersattel an einem beweglichen oberen Werkzeugträger oder Bär angeordnet und der Untersattel an einem in der Regel unbeweglichen unteren Werkzeugträger, der Schabotte oder dem Pressentisch. Es ist aber auch möglich, dass sich beide Reckwerkzeuge bewegen. Zum Zurückschmieden einer beim Recken des Werkstücks meist unerwünschten Breitung kann das Schmiedestück nach jedem Schlag (oder nach jedem Reckdurchgang) um 90° gewendet werden. Das Streckschmieden oder Recken wird häufig als Vorformen oder zur Materialvorverteilung eingesetzt vor einem Gesenkschmieden, bei dem das Werkstück in die endgültige Form gebracht wird (zu diesem allgemeinen Stand der Technik siehe z.B. A. Herbert Fritz und Günter Schulze, "vdi-Fertigungstechnik", Springer-Verlag, 5. Auflage, 2001, Seiten 402 bis 405 ).
Typischerweise werden stabförmige oder quaderförmige Rohlinge beim Streckschmieden axial gelängt und ggf. schon in einem Längsschnitt in Reckrichtung gesehen mit Konturen versehen.
Als Antriebe für den oberen und ggf. auch unteren Werkzeugträger sind sowohl hydraulische Antriebe als auch mechanische Antriebe bekannt.
Aus DE 23 45 527 A1 ist eine hydraulische horizontale Schnellschmiedepresse mit gegenläufigen Kolben, die eine Pendelbewegung ausführen, deren Hublage einstellbar ist, bekannt. Die Pendelbewegung der Kolben erfolgt synchron durch zwei gleichgroße gekoppelte Pulsatoren, die einen festen Pendelhub für jeden Kolben mit konstanter Hubgröße erzeugen und deren Hubzahl der Drehzahl der die Pulsatoren betreibenden Exzenterwellen entspricht. Der Antrieb der Pulsatoren erfolgt über einen gemeinsamen Antrieb durch einen Drehstrommotor in gegenläufigem Synchronlauf. Die Pulsatoren beaufschlagen über eine Leitung die Arbeitskolbenflächen der Kolben. Die Hublage der Kolben wird durch zwei unabhängige Wegregelkreise hergestellt und gehalten, wobei die Wegregelkreise einen induktiven oder digitalen Geber und einen Tauchspulenregler aufweisen. Der Tauchspulenregler korrigiert durch Zu- oder Abführen von Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitszylindern die gewünschte Hublage unabhängig vom Arbeitszylinder. Die genau vorzugebende Hublage des vorderen Umkehrpunktes zur gedachten Mittellinie der Presse entsprechend der halben Schmiedestückdicke wird über die zwei unabhängigen Wegregelkreise von Hub zu Hub überwacht und korrigiert. Hierbei werden die Umkehrpunkte mit der Vorgabe verglichen und alle Fehler durch Leckverluste, unterschiedliche Förderströme, Streuung der Schaltpunkte, Ungleichmäßigkeiten am Schmiedestück oder dergleichen ausgeglichen. Die wegabhängige Messung erfolgt durch den induktiven oder digitalen Geber für den ganzen Hub jeder Seite, wobei der Geber über einen Regelkreis mit der Lageregelung und dem Tauchspulenregler verbunden ist, so dass eine stufenlose Veränderung der Hubgröße von 0 bis zum maximalen Hub sowie die stufenlose Anstellung jeder beliebigen Hublage möglich ist. Damit können durch Vorprogrammieren der vorderen Umkehrpunkte jeder Seite in Verbindung mit dem Längsvorschub rotationssymmetrisch wie auch asymmetrisch abgesetzte Schmiedestücke erzeugt werden. Für die Lageregelung wird also eine kontinuierlich nicht lagegeregelt arbeitende Pumpe eingesetzt, während das Fördervolumen der Hydraulikflüssigkeit durch den Tauchspulenregler eingestellt wird. Zusätzlich sind die Rückzugräume der Zylinder mit Hilfe einer weiteren Pumpe unter konstanten Druck setzbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue hydraulische Umformmaschine anzugeben, mit der insbesondere kurze Taktzeiten realisierbar sind. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Umformmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den vom Patentanspruch 1 abhängigen Patentansprüchen.
Die Umformmaschine gemäß Patentanspruch 1 ist zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden, von erwärmten und/oder in einem fließfähigen Zustand befindlichen metallischen Werkstücken geeignet und bestimmt und umfasst

wenigstens zwei Umformwerkzeuge, insbesondere Reckwerkzeuge,
wenigstens eine Antriebseinrichtung zum Antreiben wenigstens eines der Umformwerkzeuge in einer Zustellbewegung der Umformwerkzeuge nach vorne aufeinander zu oder in einer Rückholbewegung der Umformwerkzeuge nach hinten voneinander weg,
wobei die Antriebseinrichtung wenigstens ein Exzenterelement und wenigstens ein hydraulisches Antriebselement, insbesondere einen Antriebskolben, welches Antriebselement hydraulisch mit dem Exzenterelement gekoppelt ist, umfasst, derart, dass die Exzenterbewegung des Exzenterelements über ein hydraulisches Medium eine Arbeitsbewegung des hydraulischen Antriebselementes erzeugt, und
wobei das oder jedes hydraulische Antriebselement in der Arbeitsbewegung jeweils ein Umformwerkzeug antreibt,
wobei wenigstens ein Teil des hydraulischen Antriebselementes in einer mit hydraulischem Medium gefüllten Hydraulikkammer angeordnet ist und die Hydraulikkammer durch das Antriebselement in eine vordere Teilkammer und eine hintere Teilkammer aufgeteilt oder getrennt ist,
wobei der hinteren Teilkammer jeder Hydraulikkammer eine hydraulische Einstelleinrichtung zugeordnet ist zum Einstellen der, insbesondere axialen, Endposition des Antriebselementes in der Arbeitsbewegung durch Einstellen des zugeführten Volumens oder Druckes des hydraulischen Mediums in der hinteren Teilkammer, wobei die hydraulische Einstelleinrichtung eine hydraulische Pumpe und einen Anschluss an der hinteren Teilkammer sowie eine zugehörige hydraulische Verbindung der hydraulischen Pumpe mit dem Anschluss umfasst,
wobei die hydraulische Pumpe eine hydraulische Servopumpe, beispielsweise Axialkolbenpumpe, ist und einen lagegeregelten Servomotor aufweist, der den Pumpenrotor oder -kolben in einer vorbestimmten Lage festhält,
wobei sich die Endposition des Antriebselements (11A oder 11B) nach vorne verschiebt, wenn die hydraulische Pumpe (64A oder 64B) durch Aufbau eines entsprechenden hydraulischen Drucks mehr hydraulisches Medium in der zugehörigen hinteren Teilkammer (14A oder 14B) hält.

Zweckmäßigerweise ist nun der vorderen Teilkammer der Hydraulikkammer jeweils eine Rückstelleinrichtung zugeordnet zum Rückstellen des Antriebselementes, wobei die Rückstelleinrichtung insbesondere eine hydraulische Rückstelleinrichtung, insbesondere mit einer hydraulischen Pumpe, sein kann, die den hydraulischen Druck in der vorderen Teilkammer auf wenigstens einen bestimmten Rückstell-Druckwert einstellt. Es ist aber auch eine mechanische Rückstelleinrichtung mit mechanischen Federn oder dergleichen möglich.
Die hydraulische Pumpe wird zweckmäßigerweise auch zum Befüllen der hinteren Teilkammer mit dem hydraulischen Medium verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform treibt das oder jedes Exzenterelement bei seiner Exzenterbewegung ein mit dem hydraulischen Antriebselement hydraulisch gekoppeltes Übertragungselement in einer Übertragungsbewegung an. Das Übertragungselement bewegt sich während der Übertragungsbewegung insbesondere in der Hydraulikkammer oder in einer mit der Hydraulikkammer hydraulisch verbundenen, ebenfalls mit dem hydraulischen Medium gefüllten Hubkammer, vorzugsweise im Wesentlichen linear, hin und her, wobei insbesondere das Übertragungselement oder die Hubkammer mit der hinteren Teilkammer der Hydraulikkammer hydraulisch gekoppelt oder verbunden ist.
Weiterhin umfasst die Antriebseinrichtung bevorzugt wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor, wobei das wenigstens eine Exzenterelement von dem wenigstens einen Antriebsmotor über wenigstens eine Antriebswelle antreibbar oder angetrieben ist und sich in einer Exzenterbewegung exzentrisch zur Drehachse der Antriebswelle mit der Antriebswelle mitdreht.
In einer besonderen Weiterbildung ist für jedes Umformwerkzeug ein zugeordneter Werkzeugträger vorgesehen, an dem das Umformwerkzeug, vorzugsweise lösbar, befestigt ist und der zum Antreiben mit dem zugehörigen hydraulischen Antriebselement gekoppelt ist. Diese Kopplung ist insbesondere realisiert durch lösbare Verbindung des Werkzeugträgers mit einem Befestigungsflansch, der am Ende einer Schiebestange befestigt ist, die wiederum, vorzugsweise durch ein Axiallager axial geführt und gelagert, an einem von diesem Befestigungsflansch abgewandten Ende einen weiteren Befestigungsflansch aufweist, der wiederum mit einem zugehörigen Befestigungsflansch am stirnseitigen Ende des Antriebelements lösbar verbunden ist.
In einer bevorzugten Variante ist das Umformwerkzeug am zugeordneten Werkzeugträger, insbesondere vertikal und/oder senkrecht zur Zustellbewegung, verschieblich gelagert und geführt oder der Werkzeugträger ist entsprechend so ausgestaltet, dass zwei Teile relativ zueinander verschieblich sind und eines dieser Teile das Umformwerkzeug trägt. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Kombination mit einer Ausführungsform, bei der das Umformwerkzeug eine, vorzugsweise obere, Reckfläche und eine, vorzugsweise untere, Schlichtfläche aufweist und dann verschieblich gelagert und in zwei Positionen festlegbar ist, um die Reckfläche oder die Schlichtfläche in der für die Zustellbewegung maßgeblichen Lage anzuordnen.
Vorzugsweise ist zur Automatisierung dieser Verschiebung eine Verstelleinrichtung zum Verstellen (und Fixieren) der Umformwerkzeuge in verschiedene Verschiebpositionen, insbesondere in vertikaler Richtung und/oder senkrecht zur Zustellbewegung, vorgesehen. Die Verstelleinrichtung umfasst beispielsweise eine Führungsstange, die die beiden Werkzeugträger miteinander verbindet und die mittels einer Antriebseinheit bewegbar ist.
In einer speziellen Ausführungsform ist wenigstens eine oder jeweils eine Positionsmesseinrichtung zum Messen der Position des Antriebselementes vorgesehen, wobei vorzugsweise die gemessene Position als Parameter für eine Überwachung oder Regelung des Umformprozesses verwendet wird.
Die Umformmaschine gemäß der Erfindung ist oder umfasst im Allgemeinen eine arbeitsgebundene oder weggebundene Umformmaschine, vorzugsweise einen Schmiedehammer, insbesondere Oberhammer oder Gegenschlaghammer, oder eine Schmiedepresse, d.h. ihre Umformwerkzeuge arbeiten entweder pressend oder weggebunden einerseits oder schlagend oder arbeitsgebunden andererseits.
Eine Anlage zum Umformen, insbesondere Streckschmieden, von erwärmten und/oder in einem fließfähigen Zustand befindlichen metallischen Werkstücken kann neben der Umformmaschine gemäß der Erfindung auch wenigstens ein Handhabungsgerät zum Greifen eines Werkstücks und vorzugsweise zum Durchführen einer Relativbewegung des Werkstückes relativ zu den wenigstens zwei Umformwerkzeugen der Umformmaschine umfassen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnungen Bezug genommen, in deren

FIG 1: eine Umformmaschine zum Schmieden, insbesondere, Streckschmieden von Werkstücken in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in einer teilweise geschnittenen Darstellung und
FIG 2: die Umformmaschine gemäß FIG 1 in einer perspektivischen Darstellung

FIG 1

2

Die FIG 1 und 2 zeigen eine Umformmaschine 4 zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden oder Recken, eines zunächst in Form eines, beispielsweise quader- oder polyederförmigen oder zylindrischen, Rohlings vorliegenden metallischen Werkstücks 2.
Der Rohling oder das Werkstück 2 wird, nachdem es zur Warmumformung in einem Ofen erwärmt und dadurch in einen fließfähigen Zustand gebracht wurde, von einer oder zwei nicht dargestellten Greifeinrichtung(en) in jeweils einem an einem Ende des Werkstücks 2 befindlichen Greifbereich gegriffen und in einer entlang einer Achse A ausgerichteten Lage gehalten, die in den dargestellten Ausführungsbeispielen eine im Wesentlichen horizontale Lage ist. Die Achse A verläuft längs und, vorzugsweise zentral, durch das Werkstück 2.
Wenn die Umformmaschine zum Streckschmieden des Werkstücks 2 verwendet wird, hält die wenigstens eine Greifeinrichtung nicht nur das Werkstück 2 in der sich entlang der Achse A entsprechenden Lage, sondern bewegt das Werkstück 2 axial oder linear zur Achse A in einzelnen axialen Wegabschnitten zur sukzessiven Bearbeitung des Werkstücks 2 in einzelnen Streckschmiedeschritten oder Reckschritten durch Reckwerkzeuge.
Es sind im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 und 2 zwei seitlich der horizontalen Achse A befindliche Reckwerkzeuge 4A und 4B vorgesehen, die in einer Reckbewegung oder Zustellbewegung R axial zu einer senkrecht zur Achse A gerichteten und ebenfalls horizontalen Achse B auf das Werkstück 2 zu bewegbar sind und zur Umformung des Werkstückes 2 auf dieses schlagend oder pressend einwirken und nach einem solchen Umformschritt wieder in einer entgegengesetzt zur Zustellbewegung R gerichteten Rückholbewegung vom Werkstück 2 heraus oder zurück bewegbar sind.
In FIG 1 und 2 sind beide Reckwerkzeuge 4A und 4B bewegbar. Es kann aber auch nur eines der beiden Reckwerkzeuge 4A und 4B bewegt werden. Ferner können auch mehr als zwei Reckwerkzeuge vorgesehen sein. Die Zustellbewegung R muss nicht horizontal erfolgen, sondern kann auch beispielsweise vertikal oder in einer schrägen Richtung erfolgen.
Die Umformmaschine 4 umfasst für jedes Reckwerkzeug 4A und 4B einen zugeordneten Werkzeugträger 5A bzw. 5B, an dem das Reckwerkzeug 4A oder 4B lösbar befestigt ist, und jeweils einen Antrieb zum Antreiben des Werkzeugträgers 5A oder 5B mit dem Werkzeug 4A oder 4B in der Reckbewegung R und der entgegengesetzten Rückholbewegung.
Jedes Reckwerkzeug 4A und 4B weist eine obere Reckfläche 40 auf und eine untere Schlichtfläche 41. Mit den Reckflächen 40 wird das Werkstück 2 in seiner Gestalt gereckt und umgeformt. Die Schlichtflächen 41 der Reckwerkzeuge 4A und 4B dienen dazu, die Oberfläche des gereckten Werkstücks 2 nachträglich zu glätten oder zu schlichten. Um die Reckfläche 40 oder die Schlichtfläche 41 in der für die Reckbewegung R vorgesehenen Achse B anzuordnen, ist das Reckwerkzeug 4A oder 4B, insbesondere vertikal, verschieblich relativ zum Werkzeugträger 5A und 5B oder, alternativ, der Werkzeugträger 5A und 5B so ausgestaltet, dass zwei Teile relativ zueinander verschieblich sind und eines dieser Teile das Reckwerkzeug 4A oder 4B trägt. Zum Verstellen der Reckwerkzeuge 4A und 4B, insbesondere in vertikaler Richtung, senkrecht zur Achse B ist eine Verstelleinrichtung 47 vorgesehen, die eine Führungsstange 48 umfasst, die die beiden Werkzeugträger 5A und 5B miteinander verbindet. Die Reckwerkzeuge 4A und 4B sind an den Werkzeugträgern 5A und 5B befestigt, welche eine Linearführung in vertikaler Richtung aufweisen. Mittels der Antriebseinheit 47, welche pneumatisch, hydraulisch oder elektromechanisch arbeitet werden die Werkzeugträger nach oben oder nach unten bewegt, je nach gewünschter Arbeitsweise der Anlage (Recken oder Schlichten). Die Einleitung der Vertikalbewegung erfolgt mittels der Führungsstange 48. Der Einsatz der Führungsstange 48 erlaubt die Zustellbewegung R. Die beiden Werkzeugträger 5A und 5B können in jeder der beiden Endlagen verriegelt werden. Diese Verriegelung kann hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein.
Die Verstelleinrichtung 47 ist an einer Querplatte 43 befestigt, die wiederum seitlich an zwei vertikal verlaufenden Halteplatten 42A und 42B befestigt ist. Die Struktur aus den Halteplatten 42A und 42B und der Querplatte 43 ist durch vier stangenförmige Befestigungselemente 46 versteift und stabilisiert und begrenzt den eigentlichen Arbeitsbereich der Umformmaschine. Die vier Befestigungselemente 46 sind an senkrechten, über Gestellfüße auf dem Boden stehenden Gestellplatten 52A und 52B eines umgebenen Gestells 51 befestigt. Oberhalb der Querplatte 43 und der Verstelleinrichtung 47 verläuft eine quer verlaufende horizontale Gestellplatte 53 des Gestells 51.
Jeder Werkzeugträger 5A und 5B ist, beispielsweise mittels Schrauben, lösbar mit einem Befestigungsflansch 6A oder 6B verbunden, der am Ende einer Schiebestange 7A oder 7B befestigt ist, die wiederum durch ein Axiallager 8A oder 8B an der Halteplatte 42A oder 42B axial geführt und gelagert ist. An dem vom Befestigungsflansch 6A und 6B abgewandten Ende ist an jeder Schiebestange 7A oder 7B ein weiterer Befestigungsflansch 9A und 9B vorgesehen, der wiederum mit einem zugehörigen Befestigungsflansch 10A oder 10B am stirnseitigen Ende eines hydraulischen Antriebskolbens 11A oder 11B lösbar verbunden ist, beispielsweise wieder mittels Schrauben.
Es ist auch vorstellbar, dass bei bestimmten Maschinengrößen die Werkzeugträger 5A und 5B direkt an die Befestigungsflansche 10A und 10B angeschraubt werden und auf das Führungssystem mit den Halteplatten 42A und 42B komplett verzichtet werden kann.
Der hydraulische Antriebskolben 11A oder 11B ist in einer zugehörigen Hydraulikkammer 13A oder 13B axial zur Achse B beweglich und geführt.
Ein Kolbenteil 12A oder 12B trennt dabei eine vordere Teilkammer 15A oder 15B von einer hinteren Teilkammer 14A oder 14B der Hydraulikkammer 13A oder 13B und ist an der Innenwand der Hydraulikkammer 13A oder 13B dichtend geführt. Bei einer Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens 11A oder 11B entlang der Achse B in der Richtung der Zustellbewegung R vergrößert sich die hintere Teilkammer 14A oder 14B und verkleinert sich die vordere Teilkammer 15A oder 15B und bei der entgegengesetzt zur Zustellbewegung R gerichteten Rückholbewegung ist es umgekehrt.
Die Position des Antriebskolbens 11A oder 11B innerhalb der Hydraulikkammer 13A oder 13B ist mittels einer zugehörigen Positionsmesseinrichtung 21A oder 21B messbar und kann somit als Parameter für eine Überwachung oder Regelung des Umformprozesses verwendet werden.
Die vordere Teilkammer 15A oder 15B ist über eine Dichtung 28A oder 28B gegen die Außenfläche des Antriebskolbens 11A oder 11B abgedichtet, wobei die Dichtung 28A oder 28B zusätzlich auch die Funktion eines Lagers für den Antriebskolben 11A oder 11B haben kann. Im Allgemeinen übernimmt die Dichtung nicht die Lagerfunktion. Dafür wird entweder ein zusätzliches Führungsband aus Kunststoff oder eine Führungsbuchse, z. B. aus Bronze, verwendet, welche z. B. auch die Dichtung aufnehmen kann.
Die hintere Teilkammer 14A oder 14B steht über einen hinteren Verbindungskanal 24A oder 24B mit einer zugehörigen Hubkammer 17A oder 17B in Strömungsverbindung. Die vordere Teilkammer 15A oder 15B der Hydraulikkammer 13A oder 13B steht über einen vorderen Verbindungskanal 25A oder 25B mit einer Zwischenkammer 26A oder 26B in Strömungsverbindung, die wiederum mit einem Ausgleichsbehälter oder Druckspeicher 75A oder 75B in Strömungsverbindung steht.
Die Teilkammern 14A und 14B sowie 15A und 15B der Hydraulikkammern 13A und 13B, sowie die Hubkammern 17A und 17B und Zwischenkammern 26A und 26B und die Verbindungskanäle 24A und 24B sowie 25A und 25B sind alle mit einem hydraulischen Medium gefüllt, insbesondere einem Hydrauliköl oder einem andern gut geeigneten druckfesten und nahezu inkompressiblen hydraulischem Medium.
In jeder Hubkammer 17A oder 17B bewegt sich ein zugehöriger Hubkolben 18A oder 18B, der über ein Gelenk 20A oder 20B mit einem Ende einer Hubstange 19A oder 19B als Übertragungselement gekoppelt ist. Die Hubstange 19A oder 19B ist an einem anderen Ende mit einem Exzenterelement 22A oder 22B gekoppelt.
Das Exzenterelement 22A oder 22B ist an einer zugehörigen Drehwelle 23A oder 23B drehfest angeordnet und gegenüber einer Drehachse E der Drehwelle 23A oder 23B exzentrisch gelagert. Eine Exzenterachse F oder G des Exzenterelements 22A oder 22B ist mit einem entsprechenden Exzenterabstand hA oder hB von der Drehachse E beabstandet, wodurch sich ein entsprechender maximaler Hub um 2·hA oder 2·hB des über die Hubstange 19A oder 19B mit dem Exzenterelement 22A oder 22B angekoppelten Hubkolbens 18A oder 18B ergibt bei einer vollständigen Umdrehung des Exzenterelementes 22A oder 22B. Die Hubbewegung des Hubkolbens 18A oder 18B erfolgt dabei linear entlang einer Hubachse C oder D, die senkrecht zur Drehachse E und den Exzenterachsen F und G ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel fallen die Drehachsen der beiden Drehwellen 23A und 23B zusammen auf eine gemeinsame Drehachse E, auch wenn dies nicht notwendigerweise so sein muss. Außerdem sind die beiden Drehwellen 23A und 23B von einer gemeinsamen zentralen Drehwelle 30 über jeweilige Kupplungen 33A und 33B, vorzugsweise synchron, angetrieben. Die Drehwelle 30 dreht sich ebenfalls um die gemeinsame Drehachse E und ist von einem zentralen Drehantrieb 50 angetrieben, der auf und/oder in einem Gehäuse 32 angeordnet ist, das wiederum auf der Gestellplatte 53 abgestützt und angeordnet ist. Die Drehwelle 30 ist in einem als Getriebehohlwelle ausgebildetes Drehlager 31 innerhalb des Gehäuses 32 gelagert. Der Drehantrieb 50 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 58, der insbesondere ein Servomotor oder Permanentmagnetmotor und/oder Torquemotor, oder Asynchronmotor sein kann, und ein in dem Gehäuse 32 angeordnetes Getriebe, mit dem der Antriebsmotor 58 die Drehwelle 30 antreibt. Aufgrund dieser Anordnung bewegen sich die beiden Drehwellen 23A und 23B und damit die Exzenterelemente 22A und 22B und schließlich die Hubkolben 18A und 18B synchron zueinander, was wiederum zur Folge hat, dass sich beide Antriebskolben 11A und 11B auf Grund der hydraulischen Kopplung mit den Hubkolben 18A und 18B gleichzeitig nach vorne in der Zustellbewegung R oder nach hinten in der Rückholbewegung bewegen, die beiden Werkzeuge 4A und 4B also gleichzeitig auf das zum Werkstück 2 zugestellt oder gleichzeitig vom Werkstück 2 zurückgezogen werden. Es ist auch vorstellbar, den kompletten Drehantrieb 50 mit dem Antriebsmotor 58 und dem Getriebe 32 als "Unterflurantrieb" auszubilden und dabei diese Einheiten zusammen mit den Exzenterelementen 22A und 22B unterhalb der Achse B anzuordnen.
Die Volumina der Hubkammern 17A und 17B sowie der hinteren Teilkammern 14A und 14B der Hydraulikkammern 13A und 13B sind aneinander angepasst, so dass vorzugsweise der Hub 2·hA oder 2·hB des Hubkolbens 18A oder 18B dem gesamten Hub oder der gesamten Auslenkung des Antriebskolbens 11A oder 11B und damit der Werkzeuge 4A und 4B in der Arbeitsbewegung entspricht.
Die hinteren Teilkammern 14A und 14B der Hydraulikkammer 13A und 13B sind ferner über jeweils einen Anschluss 34A oder 34B und eine zugehörige hydraulische Verbindung 44A oder 44B mit einer hydraulischen Pumpe 64A oder 64B verbunden. Die hydraulischen Pumpen 64A und 64B sind hydraulische Servopumpen, beispielsweise Axialkolbenpumpen, angetrieben mit lagegeregelten Servomotoren 54A und 54B, die die Pumpenrotoren oder - kolben festhalten, mit einem hydraulischen Ausgleichsreservoir. Die hydraulische Pumpe 64A oder 64B dient einerseits zum Befüllen der hinteren Teilkammer 14A oder 14B mit dem hydraulischen Medium und andererseits zur Festlegung der axialen Endposition des Antriebskolbens 11A oder 11B in der Hydraulikkammer 13A oder 13B und damit auch der Position der Werkzeuge 4A und 4B. Wenn die hydraulischen Pumpen 64A oder 64B durch Aufbau eines entsprechenden hydraulischen Drucks mehr hydraulisches Medium in der zugehörigen hinteren Teilkammer 14A oder 14B halten oder dort einbringen, so verschiebt sich die Endposition des Antriebskolbens 11A oder 11B nach vorne und umgekehrt.
Schließlich ist noch eine weitere hydraulische Pumpe 65 vorgesehen, die an eine hydraulische Verbindung 45 angeschlossen ist, in der eine Druckmesseinrichtung 56 angeordnet ist und die sich in zwei parallele Zweige 45A und 45B aufteilt, wobei jeweils einer der beiden Zweige 45A oder 45B mit einer der Zwischenkammern 26A oder 26B verbunden ist. Die hydraulische Pumpe 65 ist somit hydraulisch auch mit der vorderen Teilkammer 15A oder 15B der Hydraulikkammer 13A oder 13B gekoppelt und dient vorzugsweise als Rückstelleinrichtung zum Ausüben einer Rückstellkraft auf den zugehörigen Antriebskolben (11A, 11B) auf Grund des Hydraulikdrucks in der vorderen Teilkammer 15A oder 15B, stellt also praktisch die Vorspannung des Antriebskolbens 11A oder 11B ein. An Stelle einer solchen hydraulischen Rückstelleinrichtung könnte man auch eine rein mechanische Rückstelleinrichtung, beispielsweise eine Feder oder dergleichen vorsehen.

Bezugszeichenliste

2: Werkstück
4: Umformmaschine
4A, 4B: Reckwerkzeug
5A, 5B: Werkzeugträger
6A, 6B: Befestigungsflansch
7A, 7B: Schiebestange
8A, 8B: Axiallager
9A, 9B: Befestigungsflansch
10A, 10B: Befestigungselement
11A, 11B: Antriebskolben
12A, 12B: Kolbenteil
13A, 13B: Hydraulikkammer
14A, 14B: hintere Teilkammer
15A, 15B: vordere Teilkammer
16A, 16B: Gehäuse
17A, 17B: Hubkammer
18A, 18B: Hubkolben
19A, 19B: Hubstange
20A, 20B: Gelenk
21A, 21B: Positionsmesseinrichtung
22A, 22B: Exzenterelement
23A, 23B: Drehwelle
24A, 24B: hinterer Verbindungskanal
25A, 25B: vorderer Verbindungskanal
26A, 26B: Zwischenkammer
27A, 27B: Gehäuse
28A, 28B: Dichtung
30: Drehwelle
31: Drehlager
32: Gehäuse
33A, 33B: Kupplung
34A, 34B: Anschluss
40: Reckfläche
41: Schlichtfläche
42A, 42B: Halteplatte
43: Querplatte
44A, 44B: hydraulische Verbindung
45: hydraulische Verbindung
45A, 45B: Zweig
46: Befestigungsstangen
47: Verstelleinrichtung
48: Verbindungsstange
50: Drehantrieb
51: Gestell
52A, 52B: Gestellplatte
53: Gestellplatte
54A, 54B: Servomotor
55: Servomotor
56: Druckmesseinrichtung
58: Antriebsmotor
64A, 64B: hydraulische Pumpe
65: hydraulische Pumpe
75A, 75B: Druckspeicher

A: Werkstückachse
B: Zustellachse
C, D: Hubachse
E: Drehachse
F, G: Exzenterachse
hA, hB: Exzenterabstand
R: Zustellbewegung

Claims

Umformmaschine zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden, von erwärmten und/oder in einem fließfähigen Zustand befindlichen metallischen Werkstücken umfassend
a) wenigstens zwei Umformwerkzeuge (4A, 4B),

b) wenigstens eine Antriebseinrichtung zum Antreiben wenigstens eines der Umformwerkzeuge in einer Zustellbewegung (R) der Umformwerkzeuge nach vorne aufeinander zu oder in einer Rückholbewegung der Umformwerkzeuge nach hinten voneinander weg,

c) wobei die Antriebseinrichtung wenigstens ein Exzenterelement (22A, 22B) und wenigstens ein hydraulisches Antriebselement (11A, 11B) umfasst,

d) wobei das wenigstens eine hydraulische Antriebselement (11A, 11B) hydraulisch mittelbar oder unmittelbar mit dem Exzenterelement (22A, 22B) gekoppelt ist, derart, dass eine Exzenterbewegung des Exzenterelements über ein hydraulisches Medium eine Arbeitsbewegung des hydraulischen Antriebselementes erzeugt, und

e) wobei das oder jedes hydraulische Antriebselement (11A, 11B) mit wenigstens einem der Umformwerkzeuge (4A, 4B) gekoppelt ist und in seiner Arbeitsbewegung dieses wenigstens eine Umformwerkzeug antreibt,

f) wobei wenigstens ein Teil des hydraulischen Antriebselementes (11A, 11B) in einer mit hydraulischem Medium gefüllten Hydraulikkammer (13A, 13B) angeordnet ist und die Hydraulikkammer (13A, 13B) in eine vordere Teilkammer (15A, 15B) und eine hintere Teilkammer (14A, 14B) trennt,

g) wobei der hinteren Teilkammer (15A, 15B) jeder Hydraulikkammer eine hydraulische Einstelleinrichtung (64A, 64B, 54A, 54B, 34A, 34B) zugeordnet ist zum Einstellen der Endposition des Antriebselementes (11A, 11B) in der Arbeitsbewegung durch Einstellen des zugeführten Volumens oder Druckes des hydraulischen Mediums in der hinteren Teilkammer (14A, 14B), wobei die hydraulische Einstelleinrichtung eine hydraulische Pumpe (64A, 64B) und einen Anschluss (34A, 34B) an der hinteren Teilkammer (14A, 14B) und eine zugehörige hydraulische Verbindung (44A, 44B) der hydraulischen Pumpe (64A, 64B) mit dem Anschluss (34A, 34B) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

h) die hydraulische Pumpe (64A, 64B) eine hydraulische Servopumpe ist und einen lagegeregelten Servomotor (54A, 54B), der den Pumpenrotor oder -kolben festhält, aufweist und

i) dass sich die Endposition des Antriebselements (11A oder 11B) nach vorne verschiebt, wenn die hydraulische Pumpe (64A oder 64B) durch Aufbau eines entsprechenden hydraulischen Drucks mehr hydraulisches Medium in der zugehörigen hinteren Teilkammer (14A oder 14B) hält.
Umformmaschine nach Anspruch 1, bei der der vorderen Teilkammer (15A, 15B) eine Rückstelleinrichtung (65, 75 A, 75B) zugeordnet ist zum Rückstellen des Antriebselementes (11A, 11B), wobei die Rückstelleinrichtung insbesondere eine hydraulische Rückstelleinrichtung, insbesondere mit einer hydraulischen Pumpe, ist, die den hydraulischen Druck in der vorderen Teilkammer (15A, 15B) auf wenigstens einen bestimmten Rückstell-Druckwert einstellt.
Umformmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die hydraulische Pumpe (64A, 64B) zum Befüllen der hinteren Teilkammer (14A , 14B) mit dem hydraulischen Medium dient.
Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das oder jedes Exzenterelement (22A, 22B) bei seiner Exzenterbewegung ein mit dem hydraulischen Antriebselement hydraulisch gekoppeltes Übertragungselement (18A, 18B) in einer Übertragungsbewegung antreibt, wobei insbesondere das Übertragungselement sich während der Übertragungsbewegung in der Hydraulikkammer oder in einer mit der Hydraulikkammer hydraulisch verbundenen, ebenfalls mit dem hydraulischen Medium gefüllten Hubkammer (17A, 17B), vorzugsweise im Wesentlichen linear, hin und her bewegt und wobei insbesondere das Übertragungselement (18A, 18B) oder die Hubkammer (17A, 17B) mit der hinteren Teilkammer (14A, 14B) der Hydraulikkammer hydraulisch gekoppelt oder verbunden ist.
Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Antriebseinrichtung wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor (58) umfasst, wobei das wenigstens eine Exzenterelement von dem wenigstens einen Antriebsmotor über wenigstens eine Antriebswelle (30, 23A, 23B) antreibbar oder angetrieben ist und sich in einer Exzenterbewegung exzentrisch zur Drehachse (E) der Antriebswelle mit der Antriebswelle mitdreht.
Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der für jedes Umformwerkzeug (4A, 4B) ein zugeordneter Werkzeugträger (5A, 5B) vorgesehen ist, an dem das Umformwerkzeug (4A, 4B) vorzugsweise lösbar befestigt ist und der zum Antreiben mit dem zugehörigen hydraulischen Antriebselement (11A, 11B) gekoppelt ist, wobei die Kopplung insbesondere verwirklicht ist durch lösbare Verbindung des Werkzeugträgers (5A, 5B) mit einem Befestigungsflansch (6A, 6B), der am Ende einer Schiebestange (7A, 7B) befestigt ist, die wiederum, vorzugsweise durch ein Axiallager (8A, 8B) axial geführt und gelagert, an einem von diesem Befestigungsflansch (6A, 6B) abgewandten Ende einen weiteren Befestigungsflansch (9A, 9B) aufweist, der wiederum mit einem zugehörigen Befestigungsflansch (10A, 10B) am stirnseitigen Ende des Antriebelements (11A, 11B) lösbar verbunden ist.
Umformmaschine nach Anspruch 6, bei der das Umformwerkzeug (4A, 4B) am zugeordneten Werkzeugträger (5A, 5B), insbesondere vertikal und/oder senkrecht zur Zustellbewegung (R), verschieblich gelagert und geführt ist oder der Werkzeugträger (5A, 5B) so ausgestaltet, dass zwei Teile relativ zueinander verschieblich sind und eines dieser Teile das Umformwerkzeug (4A, 4B) trägt, wobei vorzugsweise eine Verstelleinrichtung (47) zum Verstellen der Umformwerkzeuge (4A, 4B) in verschiedene Verschiebpositionen, insbesondere in vertikaler Richtung und/oder senkrecht zur Zustellbewegung (R), vorgesehen ist, die beispielsweise eine Führungsstange (48) umfasst, die die beiden Werkzeugträger (5A, 5B) miteinander verbindet und die mittels einer Antriebseinheit (47) bewegbar ist.
Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Umformwerkzeug (4A, 4B) eine, vorzugsweise obere, Reckfläche (40) und eine, vorzugsweise untere, Schlichtfläche (41) aufweist und verschieblich gelagert und in zwei Positionen festlegbar ist, um die Reckfläche (40) oder die Schlichtfläche (41) in der für die Zustellbewegung (R) maßgeblichen Lage (B) anzuordnen.
Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einer Positionsmesseinrichtung (21A, 21B) zum Messen der Position des Antriebselementes (11A, 11B), wobei vorzugsweise die gemessene Position als Parameter für eine Überwachung oder Regelung des Umformprozesses verwendet wird.
Umformmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine arbeitsgebundene oder weggebundene Umformmaschine ist, vorzugsweise ein Schmiedehammer oder eine Schmiedepresse.